I. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Στα συστήματα ελέγχου βιομηχανικού αυτοματισμού, οι ελεγκτές PID και οι ελεγκτές μεταγωγής είναι δύο κοινές στρατηγικές ελέγχου. Κάθε ένα έχει μοναδικές αρχές λειτουργίας, σενάρια εφαρμογής, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι να συζητήσει λεπτομερώς τις διαφορές μεταξύ των ελεγκτών PID και των ελεγκτών μεταγωγέων και να τις συγκρίνει και να τις αναλύσει ως προς τις αρχές λειτουργίας, τα σενάρια εφαρμογής, τα χαρακτηριστικά απόδοσης και άλλες πτυχές, έτσι ώστε οι αναγνώστες να κατανοήσουν βαθύτερα αυτές τις δύο στρατηγικές ελέγχου και να κάνουν πιο λογικές επιλογές σε πρακτικές εφαρμογές.
II. Η αρχή λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά του ελεγκτή PID
Αρχή λειτουργίας
Ο ελεγκτής PID (Αναλογικός-Ολοκληρωμένος-Παράγωγος ελεγκτής) είναι ένας αλγόριθμος ελέγχου ανάδρασης βάσει απόκλισης-, που αποτελείται από αναλογικούς (P), ολοκλήρωμα (I) και διαφορικό (D) τρεις όρους ελέγχου. Μετρά τη διαφορά μεταξύ της τιμής εξόδου του ελεγχόμενου αντικειμένου και της επιθυμητής τιμής (δηλαδή, απόκλιση) και στη συνέχεια επεξεργάζεται την απόκλιση σύμφωνα με τους αναλογικούς, ολοκληρωτικούς και διαφορικούς όρους ελέγχου για να αποκτήσει την έξοδο του ελεγκτή. Η αρχή λειτουργίας του ελεγκτή PID βασίζεται στη ρύθμιση ανάδρασης του σφάλματος και η έξοδος του συστήματος προσεγγίζεται σταδιακά στην καθορισμένη τιμή.
Χαρακτηριστικά
(1) Έλεγχος υψηλής-ακρίβειας:Ο ελεγκτής PID μπορεί να προσαρμόσει με ακρίβεια την ποσότητα ελέγχου σύμφωνα με την απόκλιση του συστήματος για να πραγματοποιήσει έλεγχο υψηλής ακρίβειας{{0}. Με τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων του ελεγκτή PID (αναλογικός συντελεστής Kp, ολοκληρωτικός συντελεστής Ki και διαφορικός συντελεστής Kd), η ακρίβεια ελέγχου του συστήματος μπορεί να βελτιωθεί περαιτέρω.
(2) Γρήγορη απόκριση:ο όρος διαφορικού ελέγχου στον ελεγκτή PID είναι σε θέση να προβλέψει την τάση της απόκλισης του συστήματος και να προσαρμόσει εκ των προτέρων την ποσότητα ελέγχου, επιταχύνοντας έτσι την απόκριση του συστήματος. Αυτό κάνει τον ελεγκτή PID σε περίπτωση εξωτερικών παρεμβολών ή αλλαγές παραμέτρων μπορεί να επαναφέρει γρήγορα τη σταθερή κατάσταση.
(3) καλή σταθερότητα:ο όρος ολοκληρωμένου ελέγχου στον ελεγκτή PID μπορεί σταδιακά να μειώσει το σφάλμα σταθερής κατάστασης, έτσι ώστε η έξοδος του συστήματος να σταθεροποιείται κοντά στην καθορισμένη τιμή. Αυτό κάνει τον ελεγκτή PID να έχει καλή σταθερότητα, κατάλληλο για μακροχρόνια σταθερή λειτουργία του συστήματος.
III. Η αρχή λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά του ελεγκτή μεταγωγής
Αρχή λειτουργίας
Η εναλλαγή ελεγκτή είναι μια στρατηγική ελέγχου που βασίζεται σε κατώφλι-. Όταν η τιμή εξόδου του ελεγχόμενου αντικειμένου υπερβεί ή πέσει κάτω από το καθορισμένο όριο, ο ελεγκτής μεταγωγής θα αλλάξει την κατάσταση εξόδου. Για τον έλεγχο θέρμανσης, όταν η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από την καθορισμένη τιμή όταν η έξοδος είναι "on", ο εξοπλισμός θέρμανσης ξεκινά να λειτουργεί. όταν η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από την καθορισμένη τιμή όταν η έξοδος είναι "off", ο εξοπλισμός θέρμανσης να σταματήσει να λειτουργεί. Η αρχή λειτουργίας του ελεγκτή διακόπτη είναι απλή και διαισθητική και είναι κατάλληλος για ορισμένες περιπτώσεις που δεν απαιτούν υψηλή ακρίβεια ελέγχου.
Χαρακτηριστικά
(1) Απλό και πρακτικό:η δομή του ελεγκτή διακόπτη είναι απλή, εύκολη στην υλοποίηση και μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί σε μια ποικιλία συστημάτων ελέγχου. Η αρχή λειτουργίας του είναι διαισθητική και κατανοητή, χωρίς να χρειάζεται περίπλοκη διαδικασία υπολογισμού και προσαρμογής.
(2) Χαμηλό κόστος:Λόγω της απλής δομής του ελεγκτή μεταγωγής, το κόστος κατασκευής είναι σχετικά χαμηλό. Αυτό καθιστά τον ελεγκτή μεταγωγής άκρως ανταγωνιστικό σε ορισμένες περιπτώσεις-που είναι ευαίσθητες στο κόστος.
(3) Κατάλληλο για συστήματα μεγάλης αδράνειας:Οι ελεγκτές μεταγωγής είναι κατάλληλοι για ορισμένα συστήματα με μεγάλη αδράνεια, όπως μεγάλους κλιβάνους θέρμανσης και εξοπλισμό ψύξης. Σε αυτά τα συστήματα, λόγω της αργής ταχύτητας απόκρισης του συστήματος, ο ελεγκτής μεταγωγής μπορεί σταδιακά να προσαρμόσει την έξοδο του συστήματος αλλάζοντας συνεχώς την κατάσταση εξόδου για να επιτύχει ένα πιο σταθερό αποτέλεσμα ελέγχου.
IV. Η διαφορά μεταξύ ελεγκτή PID και ελεγκτή μεταγωγής
Ακρίβεια ελέγχου
Ο ελεγκτής PID έχει υψηλή ακρίβεια ελέγχου, μπορεί να πραγματοποιήσει τον ακριβή έλεγχο της εξόδου του συστήματος. Η ακρίβεια ελέγχου του ελεγκτή διακόπτη είναι σχετικά χαμηλή και μπορεί να επιτύχει μόνο ένα πρόχειρο αποτέλεσμα ελέγχου. Σε ορισμένες περιπτώσεις που απαιτούν υψηλή ακρίβεια ελέγχου, όπως έλεγχος θερμοκρασίας, έλεγχος πίεσης κ.λπ., οι ελεγκτές PID έχουν προφανή πλεονεκτήματα.
Ταχύτητα απόκρισης
Ο όρος διαφορικού ελέγχου στον ελεγκτή PID μπορεί να προβλέψει την τάση της απόκλισης του συστήματος και να προσαρμόσει εκ των προτέρων την ποσότητα ελέγχου, επιταχύνοντας έτσι την ταχύτητα απόκρισης του συστήματος. Η ταχύτητα απόκρισης του ελεγκτή μεταγωγής είναι πιο αργή και μπορεί να προσαρμόσει σταδιακά την έξοδο του συστήματος αλλάζοντας συνεχώς την κατάσταση εξόδου. Σε ορισμένες περιπτώσεις που απαιτούν γρήγορη απόκριση, όπως έλεγχος ρομπότ, έλεγχος κινητήρα κ.λπ., ο ελεγκτής PID είναι πιο συμφέρων.
Σταθερότητα
Ο όρος ολοκληρωμένου ελέγχου στον ελεγκτή PID μπορεί σταδιακά να μειώσει το σφάλμα σταθερής κατάστασης, έτσι ώστε η έξοδος του συστήματος να σταθεροποιείται κοντά στην καθορισμένη τιμή. Αυτό κάνει τον ελεγκτή PID να έχει καλύτερη σταθερότητα, κατάλληλο για την ανάγκη για μακροχρόνια σταθερή λειτουργία του συστήματος. Οι ελεγκτές μεταγωγής είναι σχετικά φτωχοί σε σταθερότητα και επηρεάζονται εύκολα από εξωτερικές παρεμβολές και αλλαγές παραμέτρων.
Σενάρια εφαρμογής
Οι ελεγκτές PID είναι κατάλληλοι για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια ελέγχου και σταθερότητα, όπως έλεγχος θερμοκρασίας, έλεγχος πίεσης, έλεγχος ροής κ.λπ. Οι ελεγκτές μεταγωγής, από την άλλη πλευρά, είναι πιο κατάλληλοι για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια και σταθερότητα ελέγχου. Ο ελεγκτής μεταγωγής είναι πιο κατάλληλος για ορισμένες από τις απαιτήσεις ακρίβειας ελέγχου δεν είναι υψηλές, η αδράνεια του συστήματος είναι μεγάλες περιπτώσεις, όπως-κλίβανος θέρμανσης μεγάλης κλίμακας, εξοπλισμός ψύξης και ούτω καθεξής.
V. Συμπέρασμα
Οι ελεγκτές PID και οι ελεγκτές διακόπτη είναι δύο κοινές στρατηγικές ελέγχου, καθεμία από τις οποίες έχει μια μοναδική αρχή λειτουργίας, σενάρια εφαρμογής και πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Σε πρακτικές εφαρμογές, η κατάλληλη στρατηγική ελέγχου θα πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με τις ειδικές ανάγκες και τα χαρακτηριστικά του συστήματος. Για το σύστημα που απαιτεί υψηλή ακρίβεια, γρήγορη απόκριση και σταθερό έλεγχο, ο ελεγκτής PID είναι καλύτερη επιλογή. ενώ για ορισμένες περιπτώσεις που δεν απαιτούν υψηλή ακρίβεια ελέγχου και μεγάλη αδράνεια του συστήματος, η εναλλαγή ελεγκτή είναι πιο συμφέρουσα.